Американские ученые сумели улучшить максимально достижимое разрешение рентгеновской микроскопии до 8 нм. Можно надеяться, что в будущем будет достигнуто и ангстремное разрешение.

Рис.1. Изображение структуры, восстановленное по дифракционной картине (четко видно две идентичных структуры, накладывающихся друг на друга).

Давно прошли те времена, когда существительное микроскоп подразумевало прилагательное оптический. Уход из оптического диапазона позволил получать изображения исследуемых объектов с атомным разрешением (см., например, наши новости про голографию в гамма-диапазоне и электронную микроскопию высокого разрешения), поэтому, возможно, у некоторых читателей возникает вопрос, а чем так хороша рентгеновская микроскопия, и так ли уж существенно упомянутое выше достижение. На самом деле, нужно учитывать, что всякая методика имеет свои ограничения: зондовая микроскопия (сканирующая туннельная микроскопия, атомно-силовая микроскопия и т.д.) позволяет наблюдать поверхность образца, просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения требует работы с достаточно тонкими образцами (нанометры, десятки нанометров...) и т.д. А вот что делать, если нужно получить изображение твердотельного объекта с бОльшими размерами или живого биологического объекта с достаточно высоким разрешением? Для подобных задач более удобными будут другие методики - некоторые разновидности оптической микроскопии (об оптической микроскопии с разрешением порядка 30 нм см. в нашей новости ; такие методики удобны при работе с биологическими объектами), электронная голография (используется для визуализации распределения электрического поля в микроструктурах; сейчас достигнуто разрешение порядка 6 нм [1]), рентгеновская микроскопия.

За счет существенно более малой длины волны рентгеновская микроскопия в принципе может позволить резко повысить разрешение, однако есть одно “но” - оптика для ренгеновского диапазона далеко не так хороша, как для оптического (или как для электронной микроскопии), поэтому наилучшее разрешение, получаемое в обычной рентгеновской микроскопии, составляет несколько десятков нанометров. Впрочем, существуют варианты рентгеновской микроскопии, позволяющие добиться существенно лучших результатов, такова дифракционная рентгеновская микроспопия. В этой методике изображение объекта (наночастицы, биологического объекта и т.д.) восстанавливается по дифракционной картине (в этом смысле методика “дальняя родственница” электронной голографии). Именно с помощью одной из разновидностей дифракционной рентгеновской микроскопии американским ученым удалось добиться рекордного разрешения - 8 нм [2].

В качестве исследуемого объекта была взята выращенная с помощью электронной литографии структура - на расстоянии 1 мкм друг от друга в твердотельной матрице были созданы две идентичные “картины”, повернутые в плоскости роста одна относительно другой на 65^o. На рис. 1 показан “вид сверху” - изображение, полученное после обработки полученной дифракционной картины (двумерное изображение с высоким разрешением получалось с помощью ПЗС матрицы), видно две накладывающиеся друг на друга идентичные картины (для сравнения в статье приводится изображение образца, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии, на котором четко видна только верхняя картина). Вращая образец и получая набор дифракционных картин, можно восстановить и трехмерное изображение объекта (рис.2). Правда, разрешение для трехмерного изображения составляет уже 50 нм. Дело в том, что, во-первых, достаточно много времени занимает получение “отдельных” снимков, поэтому разрешение проигрывается уже здесь из-за экономии времени (для восстановления трехмерного изображения, показанного на рис.2, потребовалась 31 дифракционная картина, на получение каждой из которых ушло 20 минут, что обеспечивало разрешение в 28 нм, а не 8 нм). И, во-вторых, задача реконструкции изображения сложна (и сопряжена с неизбежным ухудшением разрешения) и, кроме того, также требует много времени даже при использовании мощных современных компьютеров.

Рис.2. Восстановленное трехмерное изображение объекта.

Но, несмотря на все это, дифракционная рентгеновская микроскопия имеет неплохие перспективы: с вводом в строй мощных источников когерентного рентгеновского излучения, таких как проектируемый лазер на свободных электронах в Стэнфорде, и повышением быстродействия компьютеров будет реально получать трехмерные изображения объектов с разрешением в 2 - 3 ангстрема.

1. M.A.Gribelyuk, M.R.McCartney, Jing Li et al. Phys.Rev.Lett., v.89, 025502 (2002).

2. Janwei Miao, Tetsuya Ishikawa, Bart Johnson et al. Phys.Rev.Lett., v.89, 088303 (2002).

Е.Онищенко.